金雞達旦河大橋成橋鋼箱拱肋內力分析研究

俞平橋，白洪濤，尹開川

（云南省交通規劃設計研究院有限公司，云南 昆明 650011）

1 項目概況

金雞達旦河大橋為跨越魯地拉水電站庫區—金沙江一級支流—達旦河而設，主橋采用下承式鋼箱拱肋系桿拱，拱肋理論計算跨徑265 m，拱軸線為懸鏈線，矢高53 m，矢跨比1/5，拱軸系數m=1.3。

懸鏈線公式：

式中坐標原點為拱頂，水平向為x軸，豎直向下為y軸。

圖1 橋型總體布置圖（單位：cm）

2 總體結構設計

拱肋采用鋼箱型截面，寬度2.8 m，高度為變截面，拱頂高3.5 m，拱腳高4.5 m；主梁采用鋼混組合格構梁體系，其中主縱梁為箱型截面（2.8 m×3.2 m），次縱梁與橫梁為工字型截面（橫梁梁高2.2 m，次縱梁梁高0.8 m），混凝土橋面板厚度25 cm；吊桿采用7-139平行鋼絲成品束，永久系桿采用15-55鋼絞線成品束。

該橋計算過程詳細考慮了施工階段到成橋，施工過程中只考慮恒載作用。最后一批系桿張拉為全橋計算的最后一個施工階段，拱軸系數和矢高的對比分析均是詳細考慮施工階段成橋后，恒載作用下鋼箱拱肋內力的分析。

圖2 全橋有限元模型

3 研究內容

3.1 系桿[3]張拉順序對結構受力[4]的影響

圖3 系桿錨固端布置圖（單位：cm）

表1 系桿錨固端張拉順序

3.1.1 系桿張拉第二步時鋼箱拱肋應力[5]

從圖4～圖7中分析可知，4種工況，整體均滿足結構受力的要求，從拱腳和跨中受力綜合分析，工況1拱橋和跨中應力差別最小，總體受力最好。

圖4 系桿第二步張拉不同工況下鋼箱拱肋應力圖

3.1.2 系桿張拉第三步時鋼箱拱肋應力

圖5 系桿第三步張拉不同工況下鋼箱拱肋應力圖

3.1.3 系桿張拉第四步時鋼箱拱肋應力

圖6 系桿第四步張拉不同工況下鋼箱拱肋應力圖

3.1.4系桿張拉第五步時鋼箱拱肋應力

圖7 系桿第五步張拉不同工況下鋼箱拱肋應力圖

3.2 拱軸系數對成橋鋼箱拱肋內力的影響

該橋拱軸系數的研究共進行4個工況，在跨徑和矢高不變的情況下，研究拱軸系數對成橋鋼箱拱肋內力的影響。

表2 拱軸系數對應工況

從圖8分析可知，15號單元、125號單元和跨中70號單元，隨著拱軸系數的增大，應力逐漸增大。綜合分析工況2拱腳和跨中應力差別最小，工況2更合理。

圖8 不同拱軸系數成橋鋼箱拱肋應力圖

3.3 矢高對成橋鋼箱拱肋內力的影響

該橋矢高的研究共進行4個工況，在跨徑和拱軸系數不變的情況下，研究矢高對成橋鋼箱拱肋內力的影響。

從圖9分析可知，成橋狀態鋼箱拱肋應力基本是隨著矢高的增大，應力逐漸減小。從受力角度考慮，在15號單元、跨中和125號單元應力基本相等，再從美觀角度綜合考慮，該橋矢高選擇工況3。

表3 不同矢高工況

圖9 不同矢高成橋鋼箱拱肋應力圖

4 結語

下承式拱橋總體設計中，拱軸系數和矢跨比在相關規范及教材中有一定的取值范圍。在可取值范圍內，拱軸系數和矢高的取值對鋼箱拱肋受力影響較大，會影響到下承式拱橋的美觀及經濟性。本文從系桿不同張拉順序可以看出在成橋階段，鋼箱拱肋應力差別較大，工況1受力更合理，多處最大應力基本相等。拱軸系數直接影響鋼箱拱肋內力，工況2和工況3受力更合理。下承式拱橋在跨徑一定的情況下，矢高的不同，直接影響橋梁結構的受力和美觀，該橋工況3和工況4的矢高對于受力和美觀更為合理。本文中通過對主跨265 m下承式鋼箱系桿拱橋總體分析，希望對以后類似橋梁的設計有一定的借鑒作用。